Теория для расчета транзисторного автоколебательного мультивибраторы

Занятие № 15

Тема: Лабораторная работа 6 Исследование мультивибраторов

Дидактическаяцель - Сообщить обучающимся новые знания о генераторах прямоугольных импульсов, произвести расчет транзисторного мультивибратора на биполярных транзисторах

Видео https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=wQAEjAAukeQ&feature=emb_logo 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В импульсной технике широко применяются генераторы прямоугольных импульсов, которые относятся к классу релаксационных генераторов. Колебания, в которых медленные изменения чередуются со скачкообразными, называют релаксационными. Релаксационные генераторы преобразуют энергию источника постоянного тока в энергию электрических колебаний. В релаксационном генераторе в течение одной части периода энергия запасается в реактивном элементе только одного типа, обычно в конденсаторе, а в другую часть периода выделяется в виде теплоты в резисторах схемы.

Усилительный элемент работает в данном случае в ключевом режиме, переключая конденсатор с зарядки на разрядку и обратно.

Релаксационные генераторы могут работать в автоколебательном и ждущем режимах, а также в режиме синхронизации и деления частоты. Генератор в автоколебательном режиме генерирует колебания непрерывно. В ждущем режиме генератор «ждет» поступления запускающего сигнала, с приходом которого выдает один импульс.

ТРАНЗИСТОРНЫЕ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

Действие мультивибратора основано на следующих положениях. Прямоугольные импульсы формируются на коллекторе транзистора: плоская вершина- когда транзистор заперт и его коллектор имеет относительно высокий (по абсолютному значению) потенциал; пауза между импульсами- когда транзистор насыщен и потенциал на его коллекторе мал. Крутые фронты импульса обеспечиваются лавинообразным переходом транзистора из одного состояния в другое за счет положительной обратной связи в усилительных свойств транзисторов. Мультивибратор представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель, построенный на транзисторах ключах – инверторах.

Положительная обратная связь имеется в схеме за счет того, что выход одного ключа соединен с входом другого.

Физические процессы в мультивибраторе

Исходное состояние схемы транзистор Т₂ насыщен, конденсатор С₂  разряжается и напряжением на нем приближается к нулю . Напряжением U_С2 транзистор Т₁ заперт, так как левая по схеме обкладка С₂ непосредственно соединена с базой Т_1,  а правая оказывается подсоединенной к к эмиттеру Т₁  через насыщенный транзистор Т₂ .Такому состоянию соответствуют временные диаграммы до момента времени t₁, в соответствии с которыми

U_б2 ≈ 0, U_К2 ≈ 0. Период следования формируемых импульсов можно разбить на ряд стадий.

Формирование фронта импульса. Когда напряжение U_С2 на разряжающемся конденсаторе С₂ станет равным нулю, транзистор Т1 отпирается.

При одновременно отпертых транзисторах замыкается цепь положительной обратной связи- в схеме создается условия для лавинообразного процесса. Отпирание транзистора Т₁ приводит к уменьшению отрицательного потенциала на его коллекторе. Так как напряжение на конденсаторе С₁ не может изменяться мгновенно, то этот положительный скачок напряжения целиком прикладывается между базой и эмиттером Т₂, что вызывает уменьшения тока в его цепи. Вследствие этого потенциал коллектора Т₂ становится более отрицательным- отрицательный скачок напряжения через конденсатор С₂ передается на базу транзистора Т₁, что приводит к еще большему отпиранию. Так как последующий скачок напряжения на базе больше предыдущего, то описанный процесс нарастает лавинообразно и спустя небольшое время. Исчисляемое долями микросекунды, транзистор Т₂ оказывается запертым. С этого момента цепь положительной обратной связи обрывается и лавинообразный процесс прекращается. Запиранию транзистора Т₂ соответствует участок ab кривой U_К2.

Во время лавинообразного процесса напряжение на конденсаторе С₂ не успевает измениться. Только после запирания транзистора Т₂ этот конденсатор начинает заряжаться током i_З по цепи : + Е_К – « земля» - эмиттер- база насыщенного транзистора Т₁- С₂ – R_{К2 –}  (-Е_К). За счет этого напряжение на коллекторе Т₂ U_К2  = - (Е_К – i_З*R_К2 ) постепенно приближается к установившемуся значению ( участок bc кривой U_К2.  Когда конденсатор С₂ зарядится (i_З = 0), напряжение на коллекторе примет значение U_К2  ≈ - Е_К. На этом формирование фронт импульса заканчивается.

Формирование плоской вершины импульса. До момента времени t₁ конденсатор С₁, присоединенный к коллектору запертого прежде транзистора Т₁ был заряжен до напряжения U_С1= ≈ Е_К. После насыщения транзистора Т₁ напряжение на этом конденсаторе оказывается приложенным между базой и эмиттером Т₂ и удерживает его запертым. Поэтому напряжение U_К2  остается неизменным- на коллекторе Т₂ формируется плоская вершина импульса.

При насыщенном транзисторе Т₁ конденсатор С₁ получает возможность разряжаться по цепи: + Е_К – «земля» - Т₁ – С₁- Rб₂ – ( - Е_К ). Когда напряжение на нем окажется близким к нулю, транзистор Т₂ отпирается и в схеме вновь создаются условия для лавинообразного процессов. В момент t₂ формирование плоской вершины заканчивается.

Формирование среза импульса. Начавшийся лавинообразный процесс протекает аналогично описанному с той лишь разницей, что теперь напряжение на коллекторе Т₁ по абсолютному значению увеличивается, а напряжение на коллекторе Т₂ уменьшается. В результате транзистор Т₁ запирается , а транзистор Т₂ насыщается- на коллекторе Т₂ формируется срез импульса ( участок de кривой U_К2 ).

Пауза. Через насыщенный транзистор Т₂ происходит разрядка конденсатора С₂ по цепи : +Е_К – «земля» - Т₂ – С₂- R_б1  - ( - Е_К). По напряжение U_С2  не приблизится к нулю транзистор Т₁ заперт, а транзистор Т₂ насыщен. После отпирания Т₁ начинается формирование очередного импульса на коллекторе Т₂. Интервал t₂  - t_3.

В интервале t₂  - t₃ наряду с разрядкой конденсатора С₂  происходит зарядка конденсатора С₁  по цепи: + Е_К – «змля»- эмиттер- база Т₂ – С₁ – ( - Е_К ). Аналогично ранее заряжался конденсатор С₂, когда транзистор Т₁ был насыщен, а транзистор Т₂ заперт.

Основные параметры колебаний

1. Амплитуда генерируемых импульсов:

Um = Uкн – Uк зап ≈ Е_К;

2. Постоянная времени разрядки конденсатора С₁ :

τ ₂≈ С₁Rб_2;  (с)

3. Постоянная времени разрядки конденсатора С₂ :

τ ₁≈ С₂Rб_1;

4. Длительность генерируемых импульсов:

t_И2 = С₁Rб₂ ln 2≈ 0,7 С₁Rб₂ = 0,7τ_2; (с)

t_И1 = С₂Rб₁ ln 2≈ 0,7 С₂Rб₁ = 0,7τ₁ (с)

5. Период колебаний_:

Т= t_И1 + t_И2 = 0,7 ( С₁Rб₂ + С₂Rб₁ ) = 0,7(τ₂  + τ₁) ( с)

Теория для расчета транзисторного автоколебательного мультивибраторы

Выбор транзистора производится из ряда соображений.

1. При запирании транзистора на его базу передается положительный перепад напряжения Um = Ек. Потенциал коллектора при этом стремится к -Ек. Поэтому максимально допустимое напряжение между коллектором и базой транзистора должно быть

U _{кб допю} > 2 E_k                                                 (1.1)

 

2. Максимальная частота колебаний мультивибратора f_max зависит от частоты транзистора

У выбранного транзистора должно быть

 > 0,7 f_max                                (1.2)

3. Чтобы обеспечить заданную длительность положительного перепада – длительность среза t_с частота транзистора f , должна соответствовать условию

f  > 1/t_c                                          (1.3)

4. Напряжение источника питания берут равным

Е_к = ( 1 , 1 1,2) U_m                         (1.4)

c тем чтобы изменение потенциала коллектора не было меньше заданной амплитуды импульса U_m

5. Сопротивление резистора Rк, выбирают с таким расчетом, чтобы ток открытого транзистора не превышал максимально допустимого

I _кн ≈ Е_к / R_k < I _кдоп

       откуда

R_k > R_k / I _кдоп                                             (1.5)

С другой стороны, падение напряжения на резисторе R_k от обратного тока коллектора не должно превышать (0,05 0,1)Е_к, т. е.

I _{ко max} * R_k < (0,05 0,1)Е_к

Откуда

R_k < |(0,05 0,1)Е_к |/ I _{ко max}        (1.6)

 

       где I_{ко max}  - обратный ток при максимальной рабочей температуре. При выполнении этого условия потенциал коллектора запертого транзистора мало отличается от E_k.  

6. Сопротивление резистора Rб следует выбирать с таким расчетом, чтобы обеспечить неглубокое насыщение транзистора (S ≈ 2)

(Е_к / R_k )*  = (Е_к / R _б ) * S,           (1.7)

откуда

R б = ( * R_k ) / S                           (1.8)

Емкость конденсатора С выбирается в соответствии с заданной длительностью импульсов

С₁ = t_{U 2} / 0,7 R _б2 ,                        (1.9)

                                      С₂ = t_{U 2} / 0,7 R _б1                                     (1.10)

 

Конденсторы выбираются по ГОСту.

---

Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 134; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!